飞秒激光烧蚀硅表面产生等离子体的发射光谱研究

对中心波长为800 nm,脉宽为100 fs的激光脉冲烧蚀空气中硅(111)产生的等离子体发射光谱进行了时间和空间分辨研究. 结果表明,在等离子体羽膨胀初期(小于50 ns时间范围内),等离子体发射光谱主要由连续光谱构成,此后连续光谱强度逐渐减弱,线状光谱开始占主导地位;在羽体膨胀过程中离子谱线的存在时间短于原子谱线的存在时间. 由时间分辨发射光谱发现在羽体膨胀过程中等离子体辐射波长存在红移现象,波长红移量随时间演化呈二次指数衰减. 最后给出等离子体发射光谱谱线强度的时空演化规律. 关键词： 飞秒激光 脉冲激光烧蚀 等离子体 发射光谱     

利用谐波光谱的伴线结构测量自生磁场

在飞秒激光与固体靶相互作用中,利用OMA光学多道分析谱仪,在靶前表面激光镜反方向测量了激光的二次谐波(2ω₀)光谱和三次谐波(3ω₀)光谱,观测到了红移的2ω₀光谱和3ω₀光谱的伴线结构。在激光功率密度为～1018 W·cm-2的条件下,通过2ω₀和3ω₀谐波光谱的伴线结构,回推出激光与等离子体相互作用中产生的自生磁场均小于1 MGs。随着激光功率密度的增大,谐波谱红移峰向长波方向移动,光谱同时发生展宽。分析认为,等离子体临界面的迅速膨胀是导致二次谐波和三次谐波红移的主要原因。随着预脉冲功率密度的增大,临界面膨胀速度增大,导致了谐波光谱峰更大的红移。自生磁场的测量为诊断临界面的运动方向和速度提供了新的依据。     

飞秒激光空气等离子体发射光谱的实验研究

对强飞秒激光聚焦在空气中所激发的等离子体的发射光谱进行了实验研究.结果表明,光谱特征表现为短波段(截至波长为340 nm)强烈的连续谱和长波段(波长在800 nm附近)强度相对较低的线光谱.在脉冲宽度(50 fs)保持不变而不断调节激光脉冲能量时,等离子体光谱形状的特征基本相似;当激光脉冲能量(1 mJ)保持不变而脉冲宽度从50 fs增加至500 fs和1 ps时,连续谱的峰值(500 nm)显得格外突出,并开始呈现出线光谱特征. 关键词： 飞秒激光 激光空气等离子体 发射光谱 线光谱     

可编程声光色散滤波器在10 Hz飞秒再生放大系统中的应用

报道了在10 Hz飞秒再生放大超快激光系统中,运用可编程声光色散滤波器(AOPDF)对注入再生放大的种子光进行频谱整形和色散预补偿,使钛宝石激光系统输出光脉冲谱线半峰全宽由原来的38 nm展宽到66 nm,压缩后输出脉冲宽度从35 fs减小到20 fs。实验结果表明,利用可编程声光色散滤波器能够同时独立进行光谱整形和大范围内色散补偿的特性,可以有效抑制啁啾脉冲放大过程中存在的谱线增益窄化效应,补偿钛宝石激光系统中存在的残留色散。这为进一步研制小于20 fs,10 TW量级钛宝石激光系统奠定了基础。     

双折射光子晶体光纤中基于孤子分裂的超连续光谱产生

利用亚纳焦量级、脉冲宽度为100 fs的激光脉冲在双折射光子晶体光纤中获得了450—1050 nm 的超连续光谱,且超连续光谱具有明显的分立峰状结构.分析了光谱中分立峰状结构产生的物理机制,抽运光波长处于接近零色散波长的反常色散区,形成高阶光孤子,由于高阶非线性和高阶色散的影响,高阶孤子分裂成多个基孤子,使初始光谱上演化出红移的光孤子成分和蓝移的色散波成分.理论模拟了飞秒激光脉冲在光纤中的色散特性和传输特性,较好地解释了实验结果. 关键词： 光子晶体光纤 超连续光谱产生 孤子分裂 脉冲俘获     

超热电子产生的靶后相干渡越辐射光谱实验研究

利用OMA光学多道分析仪测量了激光与薄膜靶相互作用中产生的辐射光谱，在靶后观察到红移的二次谐波发射. 这种二次谐波是v×B加热产生的、具有微脉冲结构的超热电子束在等离子体-真空边界产生的相干渡越辐射(CTR). 随着激光能量的增大，红移峰向长波方向移动，光谱同时发生展宽. 分析认为，等离子体临界面的迅速膨胀是导致二次谐波红移的主要原因. 随着预脉冲能量的增大，临界面膨胀速度增大，导致了发射峰更大的红移. 实验还测量了靶面法线方向的辐射光谱，观察到基频辐射的红移和展宽. CTR为诊断临界面的运动方向和速度提供了一种新的方法. 关键词： 相干渡越辐射 超热电子 超短超强激光 等离子体相互作用     

基于“泵浦-探测”效应的等离子体通道中三次谐波增强与光谱分析

利用“泵浦-探测”非共线双等离子体通道方法实现三次谐波增强。泵浦光与探测光间的耦合作用能有效改善探测光光丝中的饱和效应,克服光强钳制对谐波强度增加的限制。实验中将两束能量分别为4.4和10.2 mJ、中心波长均为810 nm、脉宽均为60 fs的超短脉冲在空气中非共线聚焦,能各自形成光丝且产生微弱三次谐波。当强光在时域上超前于弱光时,强光会预先成丝形成等离子体通道,对后续弱光产生调制,使探测光产生的三次谐波强度明显增强。实验发现270 nm谐波能量增加的显著区域内频谱宽度出现振荡变化,当两光以27.3 mrad小角度相交于几何焦点前约15 mm,且探测光滞后约55 fs时,获得的能量增长倍率达到近70倍,对应谱宽约为5 nm。     

空气中激光等离子体通道的三次谐波辐射研究

对超强飞秒激光脉冲在空气中形成的长等离子体通道的三次谐波辐射进行了研究．实验研究发现三次谐波的转换效率在通道范围内基本保持不变.还对等离子体通道锥角辐射中的三次 谐波的辐射角进行了研究，结果表明其辐射角接近6mrad，与理论计算结果符合得很好． 关键词： 三次谐波 等离子体通道     

氩气中飞秒超强紫外激光成丝的实验研究

中心波长808 nm,脉宽70 fs的钛蓝宝石激光系统三倍频后产生的中心波长268 nm、带宽1.5 nm、单脉冲能量0.58 mJ的紫外超快激光光源经凹面镜聚焦后注入到样品池氩气中,由强场非线性效应诱导形成了等离子体通道,并对紫外激光脉冲光谱进行展宽.实验着重研究了268 nm波段的紫外激光成丝特点,以及在不同气体压强、聚焦长度、气体种类等条件下紫外光丝对光谱的调制作用.在2.2×105Pa氩气气压、焦距1000 mm条件下,可以获得光谱宽度3.3 nm,加宽为人射紫外脉冲的2.2倍.实验观察到压强和聚焦长度的增加都有利于等离子体通道的增加,有利于光谱展宽.紫外激光诱导的等离子体通道为在紫外波段内获得极端超快激光脉冲提供了有效的途径.     

群速失配对CsLiB6O10晶体谐波脉冲展宽的影响

对超短强激光脉冲在CsLiB6O10晶体中的群速失配进行了理论分析,采用傅里叶变换法推导超短脉冲二次谐波的耦合波方程。在Ⅰ类相位匹配下数值计算了脉冲宽度50fs的基波532nm,在CsLiB6O10晶体长度为0．5mm时产生二次谐波(266nm)的群速延迟量约100fs,并且随着晶体长度的增长,二次谐波的脉冲宽度几乎线性展宽。并得到了群速失配量△β1^（2）226．243fs／mm,低阶和二阶群速色散系数分别为β2^（3）=210．120fs^2／mm,β2^(3)=65．587fs^3／mm。其结果表明由于群速延迟和群速色散导致了谐波脉宽展宽和形变。     

Pulse Compression by Filamentation in Argon with an Acoustic Optical Programmable Dispersive Filter for Predispersion Compensation

We have experimentally demonstrated pulses 0.4 mJ in duration smaller than 12 fs with an excellent spatial beam profile by self-guided propagation in argon. The original 52 fs pulses from the chirped pulsed amplification laser system are first precompressed to 32 fs by inserting an acoustic optical programmable dispersive filter instrument into the laser system for spectrum reshaping and dispersion compensation, and the pulse spectrum is subsequently broadened by filamentation in an argon cell. By using chirped mirrors for post-dispersion compensation, the pulses are successfully compressed to smaller than 12 fs.     

高功率超短脉冲激光系统中用AOPDF实现增益窄化补偿的实验研究

超短脉冲激光系统中，足够宽的带宽是获得超短脉冲的先决条件.高增益放大器，特别是再 生放大器的增益窄化效应严重制约着输出激光脉冲的时间特性.将可编程声光色散滤波器(AO PDF)应用到高功率激光系统中，能有效地克服增益窄化效应.实验表明，再生放大器的光谱 宽度由未应用前的27?nm增加到了44?nm，压缩脉冲的宽度减小了一半，从而也使峰值功率 提高了一倍. 关键词： 超短脉冲 增益窄化 光谱整形 可编程声光色散滤波器     

Experimental study on the chirped structure of the white-light continuum generation by femtosecond laser spectroscopy

The chirped structure of the white-light continuum generation (WLCG) pulse produced by focusing 800nm laser pulse with a pulse duration of 150fs (FWHM: full-width-at-half-maximum) onto a 2.4 mm thick sapphire plate was investigated by the optical Kerr gate technique with normal hexane as the optical Kerr gate medium. The observed WLCG was positively chirped, the measured anti-Stokes spectrum of WLCG ranges from 449 to 580nm with a temporal span of 2.56ps. When using metal reflecting mirrors to eliminate the group velocity dispersion (GVD) effect, we found that a span of 1.3ps still remained, indicating that the chirped pulse cannot be accounted for simply by GVD of the pulse propagation in the dispersive media. Our results suggest that the light-induced refractive index change due to the third-order nonlinear optical effect leads to an additional positive group velocity dispersion, which contributes to an important portion of the observed temporal broadening of the chirped WLCG. In addition to using reflective optical elements instead of dispersive optical elements, an effective way of reducing the chirp is to minimize the optical path length of the WLCG medium.     

基于交叉偏振波产生的脉冲净化技术研究与应用

本文利用交叉偏振波产生技术(XPW)对800 nm波段钛宝石飞秒激光器输出的激光脉冲进行时域净化, 提高脉冲时域对比度, 并测量验证了10¹¹对比度的脉冲, 达到测量仪器的动态范围极限, 比初始脉冲时域对比度有三个量级的提高, XPW的效率为22%. 同时发现净化后脉冲光谱宽度也得到一定展宽, 进一步利用啁啾镜对和补偿片对净化后的脉冲进行色散补偿, 得到25 fs脉宽的脉冲. 利用该净化后的激光脉冲作为种子注入已有的太瓦级钛宝石啁啾脉冲放大系统中, 在输出脉冲能量250 mJ, 宽度50 fs, 对应峰值功率5 TW的情况下, 在主脉冲前100 ps以外的范围内测量验证了10¹¹的脉冲对比度.     

基于平衡光学互相关方法的超短脉冲激光相干合成技术

相干合成技术是超快光学领域的重要研究方向之一.当单路脉冲激光的连续谱超过一个倍频程时,精确控制其光谱相位(色散管理)是获得亚周期超短脉冲激光的关键.由于常见的脉冲压缩系统存在光谱带宽限制,因此多通道相干合成技术受到了广泛的关注.本文将充气空心光纤展宽后的超倍频程连续光谱分波段独立压缩,并利用平衡光学互相关方法锁定子脉冲之间的相位延迟,获得了4.1 fs的合成脉冲.实验结果表明相干合成技术在高能量亚周期超快光场调控中存在优势.     

Vector-dispersion compensation and pulse pedestal cancellation in a femtosecond nonlinear amplification fiber laser system

We report on a femtosecond nonlinear amplification fiber laser system using a vector-dispersion compressor, which consists of a transmission grating pair and multipass cell based Gires-Tournois interferometer mirrors. The mirror is designed with nearly zero group-delay dispersion and large negative third-order dispersion. As a result, the third-order dispersion of the compressor can be adjusted independently to compensate the nonlinear phase shift of amplified pulses to reduce the pulse pedestal. With this scheme, the system outputs 44 fs laser pulses with little wing at 26.6 W output average power and 531 nJ pulse energy, corresponding to 10.8 MW peak power.     

Generation of femtosecond vacuum-ultraviolet pulses

High power femtosecond pulses in the Vacuum Ultra Violet (VUV) have been generated through the nonlinear interaction of femtosecond KrF pulses with xenon and argon gas. Under near resonant two photon excitation of xenon by a femtosecond KrF laser, parametric four wave mixing processes lead to VUV pulses at 147 and 108 nm with pulse energies in the 10 µJ range. Tuning is demonstrated by mixing the KrF pulse with a 500 fs dye laser pulse at 497 nm, resulting in 165 nm emission. In argon, a three photon resonance leads to third harmonic generation at 83 nm and micro joule level pulses near 127 nm generated by a six wave mixing process. Since the spectra of the VUV pulses show an ionization-induced blue shift with increasing KrF laser intensity, the VUV pulses can be shown to have temporal duration less than the pulse width (450 fs) of the KrF laser. Blue shifting of the third harmonic of the KrF laser in argon is dominated by a reduction in the neutral gas density rather than by an increase in the electron density.     

利用三色组合脉冲激光获得孤立阿秒脉冲发射

孤立阿秒脉冲因可以跟踪和控制原子及分子内电子的运动过程而备受关注.本文从理论上开展了氦原子在3束飞秒脉冲激光组合场辐照下产生的高次谐波和阿秒脉冲辐射的研究.组合激光场由16 fs/1600 nm,15 fs/1100 nm和5.3 fs/800 nm的钛宝石脉冲构成.与前两束脉冲合成的双色场产生谐波谱相比,附加钛宝石脉冲的三色场产生的高次谐波发射谱呈现出高转换效率及宽带超连续特性,超连续谱范围覆盖从230—690次谐波,傅里叶变换后实现了128 as高强度孤立短脉冲的产生.该结果归因于合成的三色场呈现出高功率及少周期的中红外飞秒脉冲激光特性,可以有效控制原子电离以及复合发生在中红外飞秒脉冲的一个有效光学周期内.